KR20070048393A - 표시 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070048393A
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박상진
어기한
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 이 액정 표시 장치는 제1 표시판, 상기 제1 표시판과 마주하며 상기 제1 표시판과 떨어져 있는 제2 표시판, 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 놓인 액정층, 상기 제2 표시판에 형성되어 있는 복수의 감지 데이터선, 상기 압력에 의하여 정전 용량이 변화하며, 상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 가변 축전기, 상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 기준 축전기, 상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며, 상기 감지 데이터선을 타고 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 출력부를 포함하고, 상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터 신호에 기초한 전류량을 변화시켜 상기 출력 신호에 해당하는 전류량을 감소시킨다.
표시장치, 액정표시장치, LCD, 감지부, 터치스크린, 화소, 가변축전기, 기준축전기, 출력 트랜지스터, 감도

Description

표시 장치 및 액정 표시 장치 {DISPLAY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도로서, 화소 관점에서 도시한 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도로서, 감지부 관점에서 도시한 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 감지부에 대한 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 6a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 감지부의 등가 회로도이다.
도 6b는 도 6a를 간략히 도시한 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 감지 동작을 위한 타이밍도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 감지부의 등가 회로도이다.
도 8b는 도 8a를 간략히 도시한 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 감지 동작을 위한 타이밍도이다.
본 발명은 표시 장치 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치 중 대표적인 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되어 있고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.
이러한 액정 표시 장치에서는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다.
터치 스크린 패널(touch screen panel)은 화면 위에 손가락 또는 터치 펜 (touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자나 그림을 쓰고 그리거나, 아이콘을 실행시켜 컴퓨터 등의 기계에 원하는 명령을 수행시키는 장치를 말한다. 터치 스크린 패널이 부착된 액정 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있다. 그런데, 이러한 액정 표시 장치는 터치 스크린 패널로 인하여 원가 상승, 터치 스크린 패널을 액정 표시판 위에 접착시키는 공정 추가로 인한 수율 감소, 액정 표시판의 휘도 저하, 제품 두께 증가 등의 문제가 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 터치 스크린 패널을 부착하지 않고도 화면의 접촉 여부 및 접촉 위치 정보를 알아내는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 감지 장치의 감도를 향상시키는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 표시판, 상기 제1 표시판과 마주하며 상기 제1 표시판과 떨어져 있는 제2 표시판, 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 놓인 액정층, 상기 제2 표시판에 형성되어 있는 복수의 감지 데이터선, 상기 압력에 의하여 정전 용량이 변화하며, 상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 가변 축전기, 상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 기준 축전기, 상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며, 상기 감지 데이터선을 타고 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신 호를 생성하는 복수의 감지 신호 출력부를 포함하고, 상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터 신호에 기초한 전류량을 변화시켜 상기 출력 신호에 해당하는 전류량을 감소시킨다.
본 발명의 다른 특징에 따른 표시 장치는 화소 사이에 형성되어 있는 복수의 감지 데이터선, 인가되는 압력에 따라 변하는 정전 용량에 기초하여 상기 감지 데이터선으로 출력되는 감지 데이터 신호의 크기가 변하는 복수의 감지부, 상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며, 상기 감지 데이터선을 타고 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 출력부를 포함하고, 상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터 신호에 기초한 전류량을 변화시켜 상기 출력 신호에 해당하는 전류량을 감소시킨다.
상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터에 연결되어 있고 상기 가변 축전기의 정전 용량의 변함에 따라 흐르는 전류량이 변하는 제1 스위칭 소자, 제2 입력 신호가 인가되어, 상기 제2 입력 신호에 따라 동작 상태가 변하는 제2 스위칭 소자, 상기 감지 데이터와 상기 제2 스위칭 소자에 연결되어 있고, 상기 가변 축전기의 정전 용량이 변화와 상기 제2 스위칭 소자의 동작에 따라 출력되는 전류량이 변하는 제3 스위칭 소자, 그리고 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있고, 상기 제3 스위칭 소자로부터의 전류량에 따라 동작 상태가 변하여 흐르는 전류량이 변하는 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 정전 용량의 변화에 따라, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 서로 상반되게 변하고, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전 류량에 기초하여 상기 출력 신호가 정해지는 것이 바람직하다.
상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량은, 상기 가변 축전기의 정전 용량이 증가할 경우, 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 비례하여 감소하고, 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 반비례하여 감소하는 것이 좋다.
상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며 리셋 전압을 인가 받아 상기 감지 데이터선에 공급하는 복수의 리셋 신호 입력부를 더 포함할 수 있다.
상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제1 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제1 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제1 리셋 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제2 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제2 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제2 리셋 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 리셋 전압과 상기 제2 리셋 전압의 레벨은 서로 반대인 것이 바람직하다.
상기 제1 리셋 제어 신호는 상기 제2 입력 전압의 형태와 반대의 형태를 갖는 것이 좋다.
상기 출력 신호를 공급받아 상기 출력 신호에 기초한 감지 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 각 감지 신호 처리부는 상기 출력 신호를 적분하여 상기 감지 신호를 생성하는 적분기를 포함할 수 있고, 이 적분기는 증폭기 및 축전기를 포함할 수 있다.
상기 감지부 각각은 상기 감지 데이터선에 연결되어 있고, 인가되는 압력에 따라서 정전 용량이 변화하는 가변 축전기와 상기 감지 데이터선에 연결되어 있고 일정한 정전 용량을 갖는 기준 축전기를 포함하는 것이 좋다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 따른 표시 장치의 한 실시예인 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도로서, 화소 관점에서 도시한 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도로서, 감지부 관점에서 도시한 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 감지부에 대한 등가 회로도이다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500) 및 감지 신호 처리부(800), 영상 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(550), 감지 신호 처리부(800)에 연결된 접촉 판단부(700), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
도 1 내지 도 4b를 참고하면, 액정 표시판 조립체(300)는 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX), 그리고 복수의 감지 신호선(SY1-SYN, SX1-SXM, RL)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 감지부(SU), 각 감지 신호선(SY1-SYN, SX1-SXM)의 한 단부에 연결된 복수의 초기 신호 입력부(INI), 각 감지 신호선(SY1-SYN, SX1-SXM)의 다른 단부에 연결된 복수의 감지신호 출력부(SOUT), 그리고 각 감지 신호 출력부(SOUT)에 연결된 복수의 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)을 포함한다.
반면, 도 2 및 도 5를 참고하면, 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100) 및 공통 전극 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3), 그리고 두 표시판(100, 200) 사이에 간극(間隙)을 만들며 어느 정도 압축 변형되는 간격재(도시하지 않음)를 포함한다.
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 영상 주사 신호를 전달하는 복수의 영상 주사선(G1-Gn)과 영상 데이터 신호를 전달하는 영상 데이터선(D1-Dm)을 포함하며, 감지 신호선(SY1-SYN, SX1-SXM, RL)은 감지 데이터 신호를 전달하는 복수의 가로 감지 데이터선(SY1-SYN) 및 복수의 세로 감지 데이터선(SX1-SXM)과 기준 전압을 전달하는 복수의 기준 전압선(RL)을 포함한다. 기준 전압선(RL)은 필요에 따라 생략할 수 있다.
영상 주사선(G1-Gn) 및 가로 감지 데이터선(SY1-SYN)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 영상 데이터선(D1-Dm) 및 세로 감지 데이터선(SX1-SXM)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. 기준 전압선(RL)은 행 또는 열 방향으로 뻗어 있다.
각 화소(PX)는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 영상 주사선(G1-Gn)과 연결되어 있고, 입력 단자는 영상 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다. 이때 박막 트랜지스터는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon)를 포함한다.
액정 축전기(Clc)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 화소 전극(191)과 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(191)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 공통 전극 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(191, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Cst)는 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 화소 전극(191)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 영상 주사선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(191)에 대응하는 공통 전극 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함 을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 화소 전극(191) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 적어도 하나의 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
도 4에 도시한 것처럼, 감지부(SU)는 도면 부호 SL로 나타낸 가로 또는 세로 감지 데이터선(이하 감지 데이터선이라 함)에 연결되어 있는 가변 축전기(Cv)와 감지 데이터선(SL)과 기준 전압선(RL) 사이에 연결되어 있는 기준 축전기(Cp)를 포함한다.
기준 축전기(Cp)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 기준 전압선(RL)과 감지 데이터선(SL)이 절연체(도시하지 않음)를 사이에 두고 중첩되어 이루어진다.
가변 축전기(Cv)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 감지 데이터선(SL)과 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 단자 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 가변 축전기(Cv)의 정전 용량(capacitance)은 액정 표시판 조립체(300)에 가해지는 사용자의 접촉(touch) 등 외부 자극에 의하여 값이 변화한다. 이러한 외부 자극으로는 압력을 예로 들 수 있으며, 공통 전극 표시판(200)에 압력이 가해지면 간격재가 압축 변형되어 두 단자 사이의 거리가 변화하여 가변 축전기(Cv)의 정전 용량이 바뀐다. 정전 용량이 바뀌면 정전 용량의 크기에 의존하는, 기준 축전기(Cp)와 가변 축전기(Cv) 사이의 접점 전압(Vn)의 크기가 변한다. 접점 전압(Vn)은 감지 데이터 신호로서 감지 데이터선(SL)을 통하여 흐르며, 이를 기초로 하여 접촉 여부를 판단할 수 있다. 이때 기준 축전기(Cp)는 고정 된 정전 용량을 가지며, 기준 축전기(Cp)에 인가되는 기준 전압은 일정한 전압 값을 가지므로 접점 전압(Vn)은 일정한 범위에서 변동된다. 따라서 감지 데이터 신호가 항상 일정한 범위의 전압 레벨을 가질 수 있고 이에 따라 접촉 여부 및 접촉 위치를 용이하게 판단할 수 있다.
감지부(SU)는 인접한 두 화소(PX) 사이에 배치된다. 가로 및 세로 감지 데이터선(SY1-SYN, SX1-SXM)에 각각 연결되어 있으며, 이들이 교차하는 영역에 인접하여 배치되어 있는 한 쌍의 감지부(SU)의 밀도는 예를 들면, 도트(dot) 밀도의 약 1/4일 수 있다. 여기서 하나의 도트는, 예를 들면 나란히 배열되어 있으며 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 표시하는 3 개의 화소(PX)를 포함하고, 하나의 색상을 표시하며, 액정 표시 장치의 해상도를 나타내는 기본 단위가 된다. 그러나 하나의 도트는 4개 이상의 화소(PX)로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 각 화소(PX)는 삼원색과 백색(white) 중 하나를 표시할 수 있다.
한 쌍의 감지부(SU) 밀도가 도트 밀도의 1/4인 예로는 한 쌍의 감지부(SU)의 가로 및 세로 해상도가 각각 액정 표시 장치의 가로 및 세로 해상도의 1/2인 경우를 들 수 있다. 이 경우, 감지부(SU)가 없는 화소행 및 화소열도 있을 수 있다.
감지부(SU) 밀도와 도트 밀도를 이 정도로 맞추면 문자 인식과 같이 정밀도가 높은 응용 분야에도 이러한 액정 표시 장치를 적용할 수 있다. 물론 감지부(SU)의 해상도는 필요에 따라 더 높거나 낮을 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 감지부(SU)에 의하면 감지부(SU)와 감지 데이터선(SL)이 차지하는 공간이 상대적으로 작으므로 화소(PX)의 개구율 감소를 최소화할 수 있다.
복수의 리셋 신호 입력부(INI)는 모두 동일한 구조로 이루어져 있고, 복수의 감지 신호 출력부(SOUT) 역시 모두 동일한 구조로 이루어져 있다. 이들(INI, SOUT)의 구조와 동작에 대해서는 다음에 좀더 상세하게 설명한다.
출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)은 해당 감지 신호 출력부(SOUT)를 통하여 가로 및 세로 감지 데이터선(SY1-SYN, SX1-SXM)에 각각 연결되어 있는 복수의 가로 및 세로 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)을 포함한다. 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)은 감지 신호 처리부(801)에 연결되어 있으며, 감지 신호 출력부(SOUT)로부터의 출력 신호를 감지 신호 처리부(800)에 전달한다. 가로 및 세로 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
다시 도 1 및 도 3을 참고하면, 계조 전압 생성부(550)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
영상 주사부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 영상 주사선(G1-Gn)에 연결되어 스위칭 소자(Q)를 턴 온시키는 게이트 온 전압(Von)과 턴 오프시키는 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 영상 주사 신호를 영상 주사선(G1-Gn)에 인가한다.
영상 데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 영상 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 계조 전압 생성부(550)로부터의 계조 전압을 선택하고 이를 영상 데이터 신호로서 영상 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(550)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 영상 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 영상 데이터 신호를 선택한다.
감지 신호 처리부(800)는 액정 표시판 조립체(300)의 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)에 연결되어 있는 복수의 증폭부(810) 등을 포함하며, 각 증폭부(810)를 통하여 전달되는 출력 신호를 입력받아 증폭 등의 신호 처리를 행하여 아날로그 감지 신호(Vo)를 생성한 후 아날로그-디지털 변환기(도시하지 않음) 등을 이용하여 디지털 신호로 변환하여 디지털 감지 신호(DSN)를 생성한다.
접촉 판단부(700)는 감지 신호 처리부(800)로부터 디지털 감지 신호(DSN)를 받아 소정 연산 처리를 하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단한 후 접촉 정보(INF)를 외부 장치로 내보낸다. 접촉 판단부(700)는 디지털 감지 신호(DSN)에 기초하여 감지부(SU)의 동작 상태를 감시하여 이들에 인가되는 신호를 제어할 수 있다.
신호 제어부(600)는 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500), 계조 전압 생성부(550), 그리고 감지 신호 처리부(800) 등의 동작을 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 550, 600, 700, 800) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 550, 600, 700, 800)가 신호선(G1-Gn, D1-Dm, SY1-SYN, SX1-SXM, OY1-OYN, OX1-OXM, RL) 및 박막 트랜지스터(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다.
도 5를 참고하면, 액정 표시판 조립체(300)는 표시 영역(P1), 가장자리 영역(P2) 및 노출 영역(P3)으로 나뉘어 있다. 표시 영역(P1)에는 화소(PX), 감지부(SU) 및 신호선(G1-Gn, D1-Dm, SY1-SYN, SX1-SXM, OY1-OYN, OX1-OXM, RL)의 대부분이 위치한다. 공통 전극 표시판(200)은 블랙 매트릭스와 같은 차광부재(도시하지 않음)를 포함하며, 차광부재는 가장자리 영역(P2)의 대부분을 덮고 있어서 외부로부터의 광을 차단한다. 공통 전극 표시판(200)은 박막 트랜지스터 표시판(100)보다 크기가 작아서 박막 트랜지스터 표시판(100)의 일부가 노출되어 노출 영역(P3)을 이루며, 노출 영역(P3)에는 단일 칩(610)이 실장되고 FPC 기판(flexible printed circuit board)(620)이 부착된다.
단일 칩(610)은 액정 표시 장치를 구동하기 위한 구동 장치들, 즉, 영상 구동부(400), 영상 데이터 구동부(500), 계조 전압 생성부(550), 신호 제어부(600), 접촉 판단부(700), 그리고 감지 신호 처리부(800)를 포함한다. 이러한 구동 장치(400, 500, 550, 600, 700, 800)를 단일 칩(610) 안에 집적함으로써 실장 면적을 줄일 수 있으며, 소비 전력도 낮출 수 있다. 물론 필요에 따라, 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩(610) 바깥에 있을 수 있다.
영상 신호선(G1-Gn, D1-Dm) 및 감지 데이터선(SY1-SYN, SX1-SXM)은 노출 영역(P3)에까지 연장되어 해당 구동 장치(400, 500, 800)와 연결된다.
FPC 기판(620)은 외부 장치로부터 신호를 받아들여 단일 칩(610) 또는 액정 표시판 조립체(300)에 전달하며, 외부 장치와의 접속을 용이하게 하기 위하여 끝단은 통상 커넥터(도시하지 않음)로 이루어진다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작 및 감지 동작에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부 장치(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(＝210), 256(＝28) 또는 64(＝26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클 록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300) 및 영상 데이터 구동부(500)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 영상 주사 제어 신호(CONT1), 영상 데이터 제어 신호(CONT2) 및 감지 데이터 제어 신호(CONT3) 등을 생성한 후, 영상 주사 제어 신호(CONT1)를 영상 주사부(400)로 내보내고, 영상 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 영상 데이터 구동부(500)로 내보내며, 감지 데이터 제어 신호(CONT3)를 감지 신호 처리부(800)로 내보낸다.
영상 주사 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 영상 주사 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
영상 데이터 제어 신호(CONT2)는 한 화소행의 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 영상 데이터선(D1-Dm)에 영상 데이터 신호를 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 영상 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 영상 데이터 신호의 전압 극성(이하 공통 전압에 대한 영상 데이터 신호의 전압 극성을 줄여 영상 데이터 신호의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(600)로부터의 영상 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 영상 데이 터 구동부(500)는 한 화소행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 영상 데이터 신호로 변환한 다음, 이를 해당 영상 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
영상 주사부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 영상 주사 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 영상 주사선(G1-Gn)에 인가하여 이 영상 주사선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴 온시킨다. 그러면, 영상 데이터선(D1-Dm)에 인가된 영상 데이터 신호가 턴 온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.
화소(PX)에 인가된 영상 데이터 신호의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(Clc)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며, 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 액정 표시판 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타나며, 이를 통하여 원하는 영상을 표시할 수 있다.
1 수평 주기[1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 영상 주사선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소(PX)에 영상 데이터 신호를 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 영상 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 영상 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 영상 데이터선을 통하여 흐르는 영상 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(보기: 행반전, 점반전), 한 화소행에 인가되는 영상 데이터 신호의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열반전, 점반전).
감지 신호 처리부(800)는 감지 데이터 제어 신호(CONT3)에 따라 매 프레임마다 한번씩 프레임과 프레임 사이의 포치(porch) 구간에서 출력 데이터선(OY1-OYN, OX1-OXM)을 통해 인가되는 감지 데이터 신호를 읽어 들인다. 포치 구간에서는 감지 데이터 신호가 영상 주사부(400) 및 영상 데이터 구동부(500) 등으로부터의 구동 신호의 영향을 덜 받게 되므로 감지 데이터 신호의 신뢰도가 높아진다. 그러나 이러한 읽기 동작은 매 프레임마다 반드시 이루어질 필요는 없으며, 필요에 따라 복수의 프레임마다 한번씩 이루어질 수 있다. 또한 포치 구간 내에서 두 번 이상 읽기 동작이 이루어질 수 있으며, 포치 구간이 프레임 내에서도 읽기 동작이 적어도 한번 이루어질 수 있다.
그리고 감지 신호 처리부(800)는 읽어 들인 아날로그 감지 데이터 신호를 각 증폭부(810) 등을 이용하여 증폭 등의 신호 처리를 한 후 디지털 감지 신호(DSN)로 변환하여 접촉 판단부(700)로 내보낸다. 감지 신호 처리부(800)의 증폭부(810)의 동작에 대해서는 다음에 좀더 상세하게 설명한다.
접촉 판단부(700)는 디지털 감지 신호(DSN)를 받아 적절한 연산 처리를 행하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아내고 이를 외부 장치로 전송하며, 외부 장치는 이에 기초한 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시 장치에 전송한다.
다음, 도 6a 내지 도 7을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 리셋 신호 입력부(INI), 감지 신호 출력부(SOUT) 및 증폭부(810)의 구조와 동작에 대하여 설명한다.
도 6a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 감지부의 등가 회로도이고, 도 6b는 도 6a를 간략히 도시한 등가 회로도이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 감지 동작을 위한 타이밍도이다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시판 조립체(300)는 도 3을 참고로 하여 이미 설명한 것처럼, 복수의 감지 데이터선(SL)(도 3에서는 SY1-SYN, SX1-SXM)과 각 감지 데이터선(SL)에 연결되어 있는 복수의 감지부(SU), 각 감지 데이터선(SL)의 한 쪽에 연결된 리셋 신호 입력부(INI), 각 감지 데이터선(SL)의 다른 쪽과 각 출력 데이터선(OL)(도 3에서는 OY1-OYN, OX1-OXM) 사이에 연결된 복수의 감지 신호 출력부(SOUT)를 포함한다. 또한, 도 3을 참고로 하여 이미 설명한 것처럼, 감지 신호 처리부(800)는 각 출력 데이터선(OL)에 연결되어 있는 복수의 증폭부(810)를 포함한다.
즉, 하나의 감지 데이터선(SL)에는 가변 축전기(Cv)와 기준 축전기(Cp)로 이 루어진 복수의 감지부(SU)가 연결되어 있으며, 감지 데이터선(SL)의 서로 다른 끝에는 각각 리셋 신호 입력부(INI)와 감지 신호 출력부(SOUT)가 연결되어 있다. 가변 축전기(Cv)는 공통 전압(Vcom)에 연결되어 있고 기준 축전기(Cp)는 기준 전압(Vp)에 연결되어 있다.
앞서 설명한 것처럼, 복수의 가변 축전기(Cv)는 감지 데이터선(SL)과 공통 전극(270)을 두 단자로 하여 이루어지므로 복수의 가변 축전기(Cv)는 도 6b에 도시한 하나의 가변 축전기(Cv')로 대표될 수 있으며, 실제로 가변 축전기(Cv')의 정전 용량은 한 감지 데이터선(SL)을 따라 실질적으로 균일하게 분포되어 있다. 또한 도 6b에 도시한 바와 같이 가변 축전기(Cv')에 대응하여 복수의 기준 축전기(Cp)도 하나의 기준 축전기(Cp')로 대표될 수 있다.
각 리셋 신호 입력부(INI)는 제1 및 제2 리셋 트랜지스터(Qr1, Qr2)를 포함한다. 제1 및 제2 리셋 트랜지스터(Qr1, Qr2)는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서 그 제어 단자는 제1 및 제2 리셋 제어 신호(RST1, RST2)와 각각 연결되어 있고, 그 입력 단자는 제1 및 제2 리셋 전압(Vr1, Vr2)과 각각 연결되어 있으며, 출력 단자는 감지 데이터선(SL)과 연결되어 있다.
제1 및 제2 리셋 트랜지스터(Qr1, Qr2)는 화소가 배치되어 있지 않은 액정 표시판 조립체(300)의 가장자리 영역(P2)에 위치하며 제1 및 제2 리셋 제어 신호(RST1, RST2)에 따라 제1 및 제2 리셋 전압(Vr1, Vr2)을 감지 데이터선(SL)에 공급한다.
각 감지 신호 출력부(SOUT)는 출력 트랜지스터(Qs)를 포함한다. 출력 트랜 지스터(Qs)도 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서 그 제어 단자는 감지 데이터선(SL)과 연결되어 있고, 그 입력 단자는 입력 전압(Vs)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 출력 데이터선(OL)과 연결되어 있다. 출력 트랜지스터(Qs)도 액정 표시판 조립체(300)의 가장자리 영역(P2)에 위치하며 감지 데이터선(SL)을 통하여 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신호를 생성한다. 출력 신호로서 출력 전류를 들 수 있다. 이와 달리 출력 트랜지스터(Qs)가 출력 신호로서 전압을 생성할 수도 있다.
각 증폭부(810)는 증폭기(AP), 축전기(Cf) 및 스위치(SW)를 포함한다.
증폭기(AP)는 반전 단자(-)와 비반전 단자(+) 및 출력 단자를 가지며, 반전 단자(-)는 출력 데이터선(OL)에 연결되어 있고, 반전 단자(-)와 출력 단자 사이에는 축전기(Cf) 및 스위치(SW)가 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)는 기준 전압(Va)에 연결되어 있다. 증폭기(AP) 및 축전기(Cf)는 전류 적분기로서 출력 트랜지스터(Qs)로부터의 출력 전류를 소정 시간 적분을 하여 감지 신호(Vo)를 생성한다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞서 설명한 것처럼 프레임과 프레임 사이의 포치 구간에서 감지 동작을 수행하며, 특히 수직 동기 신호(Vsync)보다 앞선 프론트 포치(front porch) 구간에서 감지 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
공통 전압(Vcom)은 하이 레벨과 로우 레벨을 가지며 1H마다 하이 레벨과 로우 레벨을 스윙한다.
제1 및 제2 리셋 제어 신호(RST1, RST2)는 제1 및 제2 리셋 트랜지스터(Qr1, Qr2)를 각각 턴 온시키는 턴온 전압(Ton)과 턴 오프시키는 턴오프 전압(Toff)을 가지며, 턴온 전압(Ton)은 약 7 내지 15V이고, 턴오프 전압(Toff)은 약 0 내지 -15V일 수 있다. 또한 턴온 전압(Ton)은 게이트 온 전압(Von)을 사용할 수 있고 턴오프 전압(Toff)은 게이트 오프 전압(Voff)을 사용할 수 있다. 제1 리셋 제어 신호(RST1)의 턴온 전압(Ton)은 공통 전압(Vcom)이 하이 레벨일 때 인가된다.
먼저, 증폭부(810)에서 출력되는 감지 신호(Vo)를 읽기 전, 감지 데이터선(SL)의 초기화 동작을 살펴본다.
제1 리셋 트랜지스터(Qr1)에 턴온 전압(Ton)이 인가되면, 제1 리셋 트랜지스터(Qr1)가 턴온되어 입력 단자로 인가되는 제1 리셋 전압(Vr1)을 감지 데이터선(SL)에 인가하여 제1 리셋 전압(Vr1)으로 감지 데이터선(SL)을 초기화한다.
한편, 동작이 시작되어 증폭부(810)로 기준 전압(Va)이 인가되면, 증폭부(810)의 축전기(Cf)는 이 기준 전압(Va)으로 충전되므로, 증폭기(AP)의 출력 전압(Vo)의 크기는 기준 전압(Va)과 같다.
이처럼, 감지 데이터선(SL)의 초기화 동작이 끝나면 감지 신호(Vo)를 읽기 위한 동작이 이루어진다.
따라서 초기화 동작이 끝나 제1 리셋 제어 신호(RST1)가 턴오프 전압(Toff)이 되면 감지 데이터선(SL)은 플로팅 상태가 되고 감지부(SU)의 접촉 여부에 따른 가변 축전기(Cv')의 정전 용량의 변화 및 공통 전압(Vcom)의 변동에 기초하여 출력 트랜지스터(Qs)의 제어 단자에 인가되는 전압이 변한다. 이러한 전압 변화에 따라 출력 트랜지스터(Qs)를 흐르는 감지 데이터 신호의 전류가 변동된다.
이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
출력 트랜지스터(Qs)의 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)은 다음의 [수학식 1]처럼 구해진다.
Figure 112005063632256-PAT00001
(여기서, VcomH는 고레벨의 공통 전압값이고, VcomL은 저레벨의 공통 전압값이며, Cp'는 기준 축전기의 정전 용량이고, Cv'는 가변 축전기의 정전용량이다.)
사용자에 의해 감지부(SU)가 접촉되면, 두 표시판(100, 200) 사이의 거리가 가까워져 가변 축전기(Cv')의 정전 용량이 증가한다. [수학식]을 통해 알 수 있듯이, 가변 축전기(Cv')의 정전 용량이 증가하면, 출력 트랜지스터(Qs)의 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)이 감소하고, 감소하는 전압(Vg)의 크기에 비례하여 증폭부(810)로 흐르는 전류의 양이 감소한다. 결국, 사용자에 의한 감지부(SU)의 접촉 동작이 이루어지면, 접촉 동작이 이루어지지 않을 때보다 증폭기(810)로 인가되는 전류의 양은 줄어든다.
그런 다음, 증폭부(810)에서 출력되는 감지 신호(Vo)를 읽기 위해, 고레벨의 스위칭 신호(Vsw)를 스위치(SW)에 인가하여 읽는 시간 이전에 축전기(Cf)에 충전되어 있는 전압을 방전시킨다. 그런 후 소정 시간이 경과하면 감지 신호 처리부(800)는 감지 신호(Vo)를 읽는다. 이때 감지 신호(Vo)를 읽는 시간은 제1 리셋 제어 신호(RST1)가 턴오프 전압(Voff)이 된 후 1H 시간 이내로 설정하는 것이 바람직 하다. 즉 공통 전압(Vcom)이 다시 하이 레벨로 바뀌기 전에 감지 신호(Vo)를 읽는 것이 바람직하다. 이는 공통 전압(Vcom)의 레벨 변화에 따라 감지 신호(Vo) 역시 변하기 때문이다.
이미 설명한 것처럼, 감지부(SU)의 접촉 여부에 따라 증폭부(810)에 인가되는 전류량이 변하므로, 도 7에 도시한 것처럼, 감지부(SU)의 접촉이 이루어지지 않을 경우에는 (a)와 같은 감지 신호(Vo)가 출력된다. 하지만, 감지부(SU)의 접촉이 이루어질 경우에는 증폭부(810)에 인가되는 전류량이 감소하므로, 축전기(Cf)에 충전되는 전하량이 감소하여 감지 신호(Vo)는 (b)와 같이 증가한다.
감지 데이터 신호가 제1 리셋 전압(Vr1)을 기준으로 변동되므로 감지 데이터 신호가 항상 일정한 범위의 전압 레벨을 가질 수 있고 이에 따라 접촉 여부 및 접촉 위치를 용이하게 판단할 수 있다.
감지 신호 처리부(800)가 감지 신호(Vo)를 읽은 후 제2 리셋 제어 신호(RST2)는 턴온 전압(Ton)이 되어 제2 리셋 트랜지스터(Qr2)를 턴 온시킨다. 그러면 제2 리셋 전압(Vr2)이 감지 데이터선(SL)에 인가되고, 이때, 제2 리셋 전압(Vr2)은 접지 전압이므로 감지 데이터선(SL)은 접지 전압으로 리셋된다. 제2 리셋 전압(Vr2)은 다음 제1 리셋 전압(Vr2)이 감지 데이터선(SL)에 인가될 때까지 유지된다. 이로 인해, 다음 제1 리셋 전압(Vr2)이 인가될 때까지 출력 트랜지스터(Qs)는 턴오프 상태가 유지되어 불필요한 동작으로 인한 전력 소모를 줄인다.
또한, 제2 리셋 전압(Vr2)과 공통 전압(Vcom)은 감지 데이터선(SL)과 공통 전극(270) 사이의 액정층에 전계를 형성하며, 그 사이의 액정 분자들은 생성된 전 계에 따라 경사 방향이 결정된다. 액정 분자의 경사 방향에 따라 감지 데이터 신호의 변화량이 달라지는데, 제2 리셋 전압(Vr2)을 적절한 값으로 설정함으로써 감지 데이터 신호의 변화량이 커지도록 하여 감지부(SU)의 감도를 향상시킬 수 있다.
제1 리셋 제어 신호(RST1)의 턴온 전압(Ton)은 공통 전압(Vcom)이 로우 레벨일 때 인가될 수도 있으며 이때 공통 전압(Vcom)이 하이 레벨로 바뀐 후 다시 로우 레벨이 되기 전에 감지 신호(Vo)를 읽는다. 또한 제1 리셋 제어 신호(RST1)를 마지막 영상 주사선(Gn)에 인가되는 영상 주사 신호에 동기시킬 수도 있다.
제2 리셋 제어 신호(RST2)는 감지 신호(Vo)를 읽은 바로 다음의 1H 구간에서 턴온 전압(Ton)이 될 수도 있고, 그 이후의 1H 구간에서 턴온 전압(Ton)이 될 수도 있다.
다음, 도 8a 내지 도 9를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리셋 신호 입력부(INI), 감지 신호 출력부(SOUT1) 및 증폭부(810)의 구조와 동작에 대하여 설명한다.
도 8a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 감지부의 등가 회로도이고, 도 8b는 도 6a를 간략히 도시한 등가 회로도이며, 도 9은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 감지 동작을 위한 타이밍도이다.
도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 감지 신호 출력부(SOUT1)의 구조를 제외하면, 리셋 신호 입력부(INI)와 증폭부(810)는 도 6a 및 도 6b에 도시한 리셋 신 호 입력부(INI) 및 증폭부(810)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8a 및 도 8b에 도시한 것처럼, 감지 신호 출력부(SOUT1)는 제1 내지 제 출력 트랜지스터(Qs1-Qs4)를 포함하고, 이들 출력 트랜지스터(Qs1-Qs4)는 모두 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서 각각 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 구비하고 있다.
제1 출력 트랜지스터(Qs1)는 입력 단자에 제1 입력 전압(Vs1)이 인가되고, 제어 단자에 감지 데이터선(SL)이 연결되어 있으며 출력 단자에는 증폭부(810)의 증폭기(AP)의 비반전 단자(-)가 연결되어 있다.
제2 출력 트랜지스터(Qs2)는 입력 단자에 제1 출력 트랜지스터(Qs1)의 출력 단자가 연결되어 있고, 출력 단자에는 접지 전압이 인가된다.
또한 제3 출력 트랜지스터(Qs3)는 입력 단자와 제어 단자에 제2 입력 전압(Vs2)이 인가되고 출력 단자에는 제2 출력 트랜지스터(Qs2)의 제어 단자가 연결되어 있다.
제4 출력 트랜지스터(Qs4)는 입력 단자에 제3 트랜지스터(Qs3)의 출력 단자가 연결되어 있고, 제어 단자에 감지 데이터선(SL)이 연결되어 있으며 출력 단자에는 접지 전압이 인가된다.
이들 출력 트랜지스터(Qs1-Qs4) 역시 화소(PX)가 배치되어 있지 않은 액정 표시판 조립체(300)의 가장자리 영역(P2)에 위치한다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리셋 신호 입력부(INI), 감지 신호 출력부(SOUT1) 및 증폭부(810)의 동작은 다음과 같다.
제2 입력 전압(Vs2)은 도 6a 내지 도 7을 참고로 하여 설명한 제1 및 제2 리셋 제어 신호(RST1, RST2)와 같이 제3 출력 트랜지스터(Qs3)를 턴 온시키는 턴온 전압(Ton)과 턴오프 시키는 턴오프 전압(Toff)을 가지며, 제1 리셋 제어 신호(RST1)에 반전된 형태를 갖는다. 제2 입력 전압(Vs2)의 턴온 전압(Ton)은 약 3 내지 15V이고, 턴오프 전압(Toff)은 약 0V 정도일 수 있다.
제1 리셋 트랜지스터(Qr1)에 턴온 전압(Ton)이 인가되면, 제1 리셋 트랜지스터(Qr1)가 턴온되어 입력 단자로 인가되는 제1 리셋 전압(Vr1)을 감지 데이터선(SL)에 인가하여 제1 리셋 전압(Vr1)으로 감지 데이터선(SL)을 초기화한다. 이때, 제2 입력 전압(Vs2)은 턴오프 전압(Toff)을 유지하므로 제3 출력 트랜지스터(Qs3)는 턴오프 상태를 유지하지만, 제1 리셋 트랜지스터(Qr1)의 턴온 동작에 의해 제1 리셋 전압(Vr1)이 제4 출력 트랜지스터(Qs4)의 제어 단자에 인가되어 제4 출력 트랜지스터(Qs4)는 턴온된다. 따라서 제2 트랜지스터(Qs2)는 턴오프 상태를 유지하여, 제2 트랜지스터(Qs2)를 통해 전류는 흐르지 않는다.
이런 초기화 시기가 끝나 제1 리셋 제어 신호(RST1)가 턴오프 전압(Toff)이 되면, 감지 데이터선(SL)은 플로팅 상태가 되어 감지부(SU)의 접촉 여부에 따른 가변 축전기(Cv')의 정전 용량의 변화 및 공통 전압(Vcom)의 변동에 기초하여 제1 출력 트랜지스터(Qs1)의 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)이 변한다. 제1 리셋 제어 신호(RST1)가 턴오프 전압이 될 때, 제2 입력 전압(Vs2)은 턴온 전압(Ton)이 되므로 제3 출력 트랜지스터(Qs3)는 턴온된다. 이때, 제4 출력 트랜지스터(Qs4)는 제1 출력 트랜지스터(Qs4)와 같이 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)에 따라 동작이 달라 진다.
이로 인해, 증폭부(810)로 인가되는 전류의 양은 감지부(SU)의 접촉 여부에 따라 달라지는 제1 출력 트랜지스터(Qs1)의 동작뿐만 아니라 제2 내지 제3 출력 트랜지스터(Qs2-Qs4)의 동작에 의해 정해진다.
즉, 제3 출력 트랜지스터(Qs3)가 턴온되어 제2 입력 전압(Vs)이 제2 출력 트랜지스터(Qs2)의 제어 단자에 인가되어 제2 출력 트랜지스터(Qs2)의 제어 단자에 인가되는 전압이 증가한다. 이로 인해, 제2 출력 트랜지스터(Qs2)를 통해 흐르는 전류의 양이 증가하고, 제2 출력 트랜지스터(Qs2)를 흐르는 이 증가한 전류의 양만큼 증폭부(810)의 증폭기(AP)로 흐르는 전류의 양은 줄어든다.
이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 감지부(SU)의 접촉 동작이 이루어지지 않을 경우, [수학식]을 통해 정해진 전압(Vg)이 제1 및 제4 출력 트랜지스터(Qs1, Qs4)의 제어 단자에 인가되고, 정해진 전압(Vg)에 비례하는 제1 전류(i1)가 제1 출력 트랜지스터(Qs1)를 통해 흐른다. 또한, 제4 트랜지스터(Qs4)의 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)에 기초하여 정해진 전압이 제2 출력 트랜지스터(Qs2)의 제어 단자에 인가되어, 해당하는 양의 제2 전류(i2)가 제2 출력 트랜지스터(Qs2)를 통해 흐른다. 증폭부(810)에 인가되는 전류(iL)의 양은 (i1-i2)에 의해 정해진다.
이 상태에서 감지부(SU)의 접촉 동작이 이루어지면, 제1 출력 트랜지스터(Qs1)의 제어 단자에 인가되는 전압(Vg)이 감소하여, 제1 출력 트랜지스터(Qs1)를 통해 흐르는 전류(i1)의 양이 감소한다.
또한, 제4 출력 트랜지스터(Qs4)의 제어 단자에도 전압(Vg)이 인가되므로, 제4 출력 트랜지스터(Qs4)를 통해 흐르는 전류의 양 역시 감소하여 제2 출력 트랜지스터(Qs2)의 제어 단자에 인가되는 전압이 증가한다. 이로 인해, 제2 출력 트랜스터(Qs2)를 통해 흐르는 전류(i2)의 양은 증가한다.
이처럼, 감지부(SU)를 접촉할 때, 제1 출력 트랜지스터(Qs1)를 통해 흐르는 전류(i1)의 양은 감소하고, 이에 더하여 제2 출력 트랜지스터(Qs2)를 통해 흐르는 전류(i2)의 양은 증가하므로, 결국 증폭부(810)에 인가되는 전류(ir=i1-i2)의 양은 크게 줄어든다. 이러한 전류(ir)의 변화량에 의해, 도 9에 도시한 것처럼, 증폭부(810)의 증폭기(AP)에서 출력되는 감지 전압(Vo)(도 9에서의 b')은 감지부(SU)가 접촉하지 않을 경우(a')보다 크게 증가한다.
이러한 제2 내지 제4 출력 트랜지스터(Qs2-Qs4)에 의해, 감지부(SU)가 접촉되어 가변 축전기(Cv)의 정전 용량이 증가하면, ir = i1-i2이므로
ir-△ir = (i1-△i)-(i2+△i)가 된다. (여기서, △i=△i1-△i2 이다.)
즉, 감지부(SU)가 접촉하면 i1이 △i만큼 감소하는 반면에 i2는 △i만큼 증가하므로, 증폭부(810)로 인가되는 전류(ir)의 양은 △ir만큼 감소한다.
위의 수식에서 전류의 변화량만 살펴보면, -△ir = -2△i가 되므로, 감지부(SU)가 접촉할 경우 증폭부(810)에 인가되는 전류의 변화량(△ir)은 감지부(SU)가 접촉하지 않았을 때보다 약 2배로 늘어나므로, 감지부(SU)의 감도 역시 그 만큼 향상된다.
본 발명에 의하면, 별도의 터치 스크린 패널을 액정 표시 장치에 부착하는 대신에, 액정 표시 장치를 제조할 때 복수의 감지부도 함께 형성하므로, 터치 스크린 패널을 액정 표시 장치에 부착하기 위한 공정이 불필요하고, 액정 표시 장치의 두께 증가나 휘도 저하 등과 같은 문제가 없어진다.
또한, 증폭부로 인가되는 전류량의 일부를 감소시켜, 감지부의 접촉이 이루어질 때와 그렇지 않을 때의 출력 전압의 변화폭을 증가시키므로 감지부의 감도가 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (23)

  1. 제1 표시판,
    상기 제1 표시판과 마주하며 상기 제1 표시판과 떨어져 있는 제2 표시판,
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 놓인 액정층,
    상기 제2 표시판에 형성되어 있는 복수의 감지 데이터선,
    압력에 의하여 정전 용량이 변화하며, 상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 가변 축전기,
    상기 감지 데이터선에 연결되어 있는 복수의 기준 축전기,
    상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며, 상기 감지 데이터선을 타고 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 출력부
    를 포함하고,
    상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터 신호에 기초한 전류량을 변화시켜 상기 출력 신호에 해당하는 전류량을 감소시키는
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터에 연결되어 있고 상기 가변 축전기의 정전 용량이 변함에 따라 흐르는 전류량이 변하는 제1 스위칭 소자,
    제2 입력 신호가 인가되어, 상기 제2 입력 신호에 따라 동작 상태가 변하는 제2 스위칭 소자,
    상기 감지 데이터와 상기 제2 스위칭 소자에 연결되어 있고, 상기 가변 축전기의 정전 용량의 변화와 상기 제2 스위칭 소자의 동작에 따라 출력되는 전류량이 변하는 제3 스위칭 소자, 그리고
    상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있고, 상기 제3 스위칭 소자로부터의 전류량에 따라 동작 상태가 변하여 흐르는 전류량이 변하는 제4 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 정전 용량의 변화에 따라, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 서로 상반되게 변하고, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량에 기초하여 상기 출력 신호가 정해지는
    액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량은, 상기 가변 축전기의 정전 용량이 증가할 경우, 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 비례하여 감소하고, 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 반비례하여 감소하는 액정 표시 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며 리셋 전압을 인가 받아 상기 감지 데이터선에 공급하는 복수의 리셋 신호 입력부를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제1 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제1 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제1 리셋 스위칭 소자를 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제2 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제2 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제2 리셋 스위칭 소자를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 리셋 전압과 상기 제1 리셋 전압의 레벨은 서로 반대인 액정 표시 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 제1 리셋 제어 신호는 상기 제2 입력 전압의 형태와 반대의 형태를 갖는 액정 표시 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 출력 신호를 공급받아 상기 출력 신호에 기초한 감지 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 처리부를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 각 감지 신호 처리부는 상기 출력 신호를 적분하여 상기 감지 신호를 생성하는 적분기를 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 적분기는 증폭기 및 축전기를 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 복수의 화소,
    화소 사이에 형성되어 있는 복수의 감지 데이터선,
    인가되는 압력에 따라 변하는 정전 용량에 기초하여 상기 감지 데이터선으로 출력되는 감지 데이터 신호의 크기가 변하는 복수의 감지부,
    상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며, 상기 감지 데이터선을 타고 흐르는 감지 데이터 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 출력부
    를 포함하고,
    상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터 신호에 기초한 전류량을 변화 시켜 상기 출력 신호에 해당하는 전류량을 감소시키는
    표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 각 감지 신호 출력부는 상기 감지 데이터에 연결되어 있고 상기 가변 축전기의 정전 용량이 변함에 따라 흐르는 전류량이 변하는 제1 스위칭 소자,
    제2 입력 신호가 인가되어, 상기 제2 입력 신호에 따라 동작 상태가 변하는 제2 스위칭 소자,
    상기 감지 데이터와 상기 제2 스위칭 소자에 연결되어 있고, 상기 가변 축전기의 정전 용량의 변화와 상기 제2 스위칭 소자의 동작에 따라 출력되는 전류량이 변하는 제3 스위칭 소자, 그리고
    상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있고, 상기 제3 스위칭 소자로부터의 전류량에 따라 동작 상태가 변하여 흐르는 전류량이 변하는 제4 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 정전 용량의 변화에 따라, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 서로 상반되게 변하고, 상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량과 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량에 기초하여 상기 출력 신호가 정해지는
    표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 스위칭 소자를 흐르는 전류량은, 상기 가변 축전기의 정전 용량이 증가할 경우, 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 비례하여 감소하고, 상기 제4 스위칭 소자를 흐르는 전류량은 상기 정전 용량에 기초한 상기 감지 데이터 신호에 반비례하여 감소하는 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 감지 데이터선 각각에 연결되어 있으며 리셋 전압을 인가 받아 상기 감지 데이터선에 공급하는 복수의 리셋 신호 입력부를 더 포함하는 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제1 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제1 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제1 리셋 스위칭 소자를 포함하는 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 리셋 신호 입력부 각각은 해당하는 감지 데이터선에 연결되어 있고, 제2 리셋 제어 신호에 따라 동작하여 입력되는 제2 리셋 전압을 연결된 상기 감지 데이터선에 인가하는 제2 리셋 스위칭 소자를 더 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 리셋 전압과 상기 제2 리셋 전압의 레벨은 서로 반대인 표시 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 제1 리셋 제어 신호는 상기 제2 입력 전압의 형태와 반대의 형태를 갖는 표시 장치.
  20. 제12항에서,
    상기 감지부 각각은 상기 감지 데이터선에 연결되어 있고, 인가되는 압력에 따라서 정전 용량이 변화하는 가변 축전기와 상기 감지 데이터선에 연결되어 있고 일정한 정전 용량을 갖는 기준 축전기를 포함하는 표시 장치.
  21. 제12항에서,
    상기 출력 신호를 공급받아 상기 출력 신호에 기초한 감지 신호를 생성하는 복수의 감지 신호 처리부를 더 포함하는 표시 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 각 감지 신호 처리부는 상기 출력 신호를 적분하여 상기 감지 신호를 생성하는 적분기를 포함하는 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 적분기는 증폭기 및 축전기를 포함하는 표시 장치.
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